Cell：脱落酸信号

　　脱落酸（Abscisic acid）是一种针对非生物胁迫条件产生应答的关键植物激素，同时也是植物不同发育阶段的非生物胁迫抗性机制的激活因子和调控因素。12月14日Cell杂志以“Abscisic Acid Signaling”为题探讨了ABA信号在胁迫应答，以及植物发育调控过程中如何发挥作用的。

脱落酸信号通路新机制

　　中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗实验室早前鉴定了一个ABA信号通路的正调控子--泛素连接酶SDIR1，发现其通过调控bZIP转录因子的基因表达，进而增强ABA信号，并参与调控植物对干旱及盐胁迫的抗性（Zhang et al., 2007, Plant Cell）。随后，谢旗实验室试图通过分离SDIR1的直接作用底物来深入研究SDIR1的作用机理。通过酵母双杂交筛选到SDIR1的底物蛋白SDIRIP1。

　　精细定位实验发现，SDIR1定位于内质网膜上，其包含重要的功能结构域RING的C端位于细胞质的一侧；SDIRIP1在叶绿体、细胞核及细胞质中均有分布。一系列的生化、分子生物学和遗传学证实SDIR1通过C端识别并通过26S蛋白酶体系降解细胞质中的SDIRIP1，负调控下游转录因子ABI5的表达从而来调控ABA信号。该研究揭示了SDIR1/SDIRIP1调控ABA信号通路的机理，并且为研究不同细胞器之间信号转导提供了一些线索。

　　干旱是造成农作物减产的主要环境因素之一。世界银行的数据表明，每年农作物产量损失超过半数由干旱造成。ABA被认为是专一对抗干旱等环境胁迫的植物激素，干旱环境可诱导植物合成大量ABA，加速气孔关闭，诱导胁迫相关基因的表达，从而提高植物的抗旱性。ABA受体PYL蛋白家族在高等陆生植物中高度保守，因此外施ABA可普遍适用于常见农作物和经济作物。目前，ABA存在合成纯化困难且在自然光下极易分解等缺点，并未像其他植物激素一样广泛应用于农业生产中，因此寻找可提高植物抗旱性的ABA功能类似物，具有应用潜力和市场价值。

　　朱健康研究组在此前工作中筛选到一个ABA功能类似物AM1（ABA mimic 1），该化合物在生化与植物生理实验中表现出与ABA相似的受体亲和性和生理活性，可通过结合PYL受体激活ABA信号通路，从而增强植物的抗旱性。

　　通过深入比较AM1和ABA的受体-配体复合物晶体结构，研究人员进一步优化AM1的分子结构，使其更好地与受体结合，从而得到一个新的ABA类似物AMF4。与AM1相比，AMF4可与PYL受体形成更多的氢键，导致其受体亲和性较ABA高出一个数量级。进一步研究证明，AMF4具有与ABA高度相似的调控基因表达模式，表明AMF4借助植物体内的ABA信号通路发挥作用。

　　在模式植物拟南芥和作物大豆中进行的一系列生理实验表明，AMF4可在较ABA更低的浓度下抑制气孔开放且持续时间更久。与ABA相比，喷施AMF4的植物表现出更强的抗旱性。在拟南芥和大豆中过表达ABA受体家族成员PYL2可进一步放大AMF4化合物的效果，化合物与遗传改良植物联用存在协同作用，其对植物抗旱能力的提升要显著优于单独使用化合物或在植物体内过表达PYL2。研究表明，借助于传统遗传手段，AMF4可帮助农作物更有效地对抗自然界中的干旱胁迫，从而提出通过跨学科交叉来提高作物抗逆性的新理念及技术实现。